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Einrichtung zum Einführen von Brennstoff in Verhrennungskraftmaschinen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zurr Einführen von Brennstoff in Verbrennungsmaschinen
und insbesondere Dieselniaschinen bzw. Maschinen, die nach dem Gleichdruck-Verbrennungsdruckverfahren
arbeiten. Den besonderen Gegenstand der Erfindung bildet eine Einrichtung, bei welchem
Öl oder ein anderer flüssiger oder fester Brennstoff ohne Hilfe von Druckluft
eingespritzt wird. Gemäß der Erfindung erfolgt eine teilweise Vorverbrennung des
Breirirstoffes in einem Einsatzrohr, das in einer mit dein Zvlinder in Verbindung
stehenden Kammer angeordnet ist, wobei der Brennstoff fortschreitend durch den Druckunterschied
in dieser Kammer und dem Zylinder in letzteren eingeführt wird. Die besondere Wirkung
der Erfindung besteht in der Möglichkeit der Regelung der Zeit, des Grades und der
Stärke der Vorverbreirnung unabhängig von der Art und dein Grade der Brennstoffspeisung
in fliese Kammer. Während oder gegen das Ende der Kornpression, vorteilhaft nahe
dem Ende des Kompressionshubes, wird der Brennstoff, beispielsweise Öl, eingeführt
und dadurch verdampft, daß er in ein Rohr eingespritzt wird, «-elches innerhalb
einer Kammer angeordnet ist. Das Öl wird gegen die heiße Innenwandung des Rohres
gespritzt, in diesem verdampft und zum Teil verbrannt, wodurch ein genügender Überdruck
entsteht, der den Rückstrom der Luft in dem Zylinder bei der Beendigung des Kompressionshubes
und bei der Umkehr des Kolbens bewirkt, Das Rohr sowie die Kaminer, die das Rohr
umgibt, sind beide mit dein Verbrennungsraum des Zylinders durch eine oder mehrere
enge Öffnungen verbunden, durch welche der verdampfte Brennstoff in den Verbrennungsraum
tritt. Es kann eine einzige Kammer mit Rohreinsatz vorgesehen sein. Bei Maschinen
von großen Leistungen ist es vorteilhaft, mehrere Kammern, jede mit eigener Brennstoffzufuhr
und mit eigener
Verbindung nach dem Zylinder, anzuwenden, wobei
die einzelnen Kammern in vorteilhafter Weise über die Flächen des Verbrennungsraumes
verteilt sind. Hierdurch wird der Kolben von zu großer Erhitzung an einer Stelle
durch Verteilung der Brennstoffflainine bewahrt.
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Die Aufrechterhaltung der richtigen Temperatur der Verdampfungsoberfläche
des Einsatzrohres ist wichtig, aber auch schwierig, loch kann dies durch geeignete
Wahl der Stärke und Oberfläche des Metalls erreicht werden, welche das Rohr mit
der Wandung der das Rohr umgebenden Kammer verbindet. Durch Ableitung der Wärme
wird bei größerer Stärke oder Metallfläche die Temperatur verringert und umgekehrt.
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Die Zeichnung zeigt eine besonders vorteilhafte AusEihrungsforin der
Vorrichtung, und zwar zeigt Abb. i einen Mittelschnitt durch dein Zylinderkopf,
durch die Kammer und Einspritzdüse finit dem Kolbenende in Ansicht für eine Zweitaktmaschine.
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Abb. 2 ist ein Teilschnitt entsprechend Abb. i einer etwas abgeänderten
Ausführungsform.
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Abb. 3 ist ein Querschnitt nach der Ebene 3-3 in den Abb. i und 2.
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Die Abb, d und 5 zeigen im Längsschnitt und im Querschnitt in der
Richtung 5-5 der Abb. .f eine abgeänderte Ausführungsform bei einer Viertaktmaschine
mit 2 Kammern.
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In Abb. i ist A der Arbeitszylinder der Maschine, B der Kolben, C
der Wasserkühlniantel, D die Kammer, in welche das Rohr d eingesetzt ist,
undE die Oleinspritzdüse. Diese ist im "Zylinderkopf angebracht und erhält das
U il von einer Brennstoffpumpe. Die Einspritzdüse hat eine bekannte Form,
welche das Öl in einen Streukegel in geeignetem Winkel einspritzt, doch kann auch
jede andere geeignete Brennstoffdüse Verwendung finden. Die Düse wird. wie üblich,
gekühlt und ist u diesem Zweck von einem Zweige c des Wasserkühlniantels C umschlossen.
Das Einsatzrohr d, in «-elches die Düse E den Brennstoff einspritzt, besteht aus
einem geraden Rohr, welches in der Kammer D gleichlinig finit der Einspritzdüse
so angeordnet ist, claß ein beträchtlicher Abstand zwischen der Einspritzdüse und
der Zylinderöffnung c besteht.
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Das Einsatzrohr hat vorteilhaft eine solche Lange, daß es sich über
einen großen Teil der Kammer D erstreckt und daß es den eingespritzten Brennstoff
an seiner Innenwand bei allen Belastungen vollständig verdampft. Gleichzeitig bleibt
zwischen dem Rohr und der Decke sowie dein Boden der Kammer ein genügender Spalt
für die gewünschte Strömung der Luft um das Rohr herum. Das Rohr d besitzt einen
Flansch r, der an der t\'anduitg der Kammer aufsitzt, so (laß die Alleitung der
Wärme gesichert ist. Zwischen dein Rohr und dem Sitzflansch sind Stege 2 mit dazwischen
befindlichen Öffnungen vorgesehen, welche den freien Durchstrom von Luft und verdampftem
Brennstoff durch die Kammer um das Rohr herum gestatten. Die Weite und Tiefe der
Öffnungen kann zur Regelung der leitenden Metallflächen zwischen Rohr und Zvlinderwand
und damit zur Regelung der Temperatur des Rohres geändert werden. Die Ableitung
der `Wärme geht durch den Flansch und die Zylinderwandung vor sich, welch letztere
durch den Kühler C gekühlt wird.
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Die Verbindung der Kammer nach dem Zylinder besteht bei der Ausführungsform
der Abb. i aus einer einzigen Öffnung e von passender Größe unmittelbar gegenüber
dem unteren offenen Ende des Einsatzrohres d. Diese Ciffnung hat eine solche Größe,
daß die erwünschte Verzögerung beim Eintritt des verdampften Brennstoffes in dem
Zylinder erreicht wird.
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Bei cler Ausführungsform nach Abb. 2 geschieht die Verbindung nach
dem Zylinder durch eine Büchse f von Becherform mit dein offenen Ende nach der Vorverbrennungskammer.
Nach dem Zylinder ist die Büchse geschlossen bis auf eine Anzahl vorteilhaft schräggerichteter
Austrittskanäle 3, so daß der verdampfte Brennstoff über den Verbrennungsraum des
Zylinders gut verteilt wird.
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Da mit der Öffnung e das Einsatzrohr d nach Abb. i gleichlinig ist,
so ist eine unmittelbare Strömung der Luft unter fortschreitender Kompression in
das Innere des Rohres gesichert, wodurch die Berührung dieser Luft mit dem Brennstoff
im Rohr gefördert wird und eine teilweise Vorverbrennung im Innern des Rohres erzielt
wird. Mit den schrügea Öffnungen gemäß Abb.2 wird die Luft dagegen hauptsächlich
in den Raum um (las Einsatzrohr herum gerichtet, so daß ein geringerer Vorverbrennungsgrad
erzielt wird. Wie Versuche ergeben haben, läßt sich durch die Abänderung der Strömungsdurchlässe
von Fall zu Fall die Stärke und der Grad der Vorverbrennung so regeln, daß im Betriebe
die beste Wirkung erzielt wird.
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Während bei den Abb. i bis 3 nur eine Kammer D und entsprechend ein
Einsat z-:ohr d, und zwar für eine Zweitaktinaschine vorgesehen ist, läßt sich die
Erfindung auch mit Vorteil für Maschinen mit anderer Taktzahl anwenden, wobei es
in manchen Füllen wichtig ist, eine Mehrzahl solcher Kammern jede finit Einsatzrohr
und eigener Brennstoffeinspritzungsdüse sowie Verbindung nach dein Zylinder anzuwenden.
Die
Abb. d. und 5 zeigen beispielsweise das Zylinderende einer Viertaktmaschine mit
zwei Kammern nebst Zubehör, deren jede der Kammer nach Abb. i entspricht. Diese
Kaminern sind im Zylinderkopf nebeneinander angeordnet, während das Lufteinlaßventil
io und das Auspuffventil i i mit ihren Gehäusen 12 einander gegenüber, aber um 9g°
versetzt zu den Kammern angeordnet sind, so daß der Ratim im Zylinderkopf in zwei
gleiche Hälften zwischen den Kammern und Ventilgehäusen verteilt ist und die Kühlung
durch den Wassermantel C im Zylinderkopf am wirksamsten -wird.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Das Öl wird gegen Ende des Kornpressionshubes
durch die Einspritzdüse E in einen Streukegel eingespritzt und verdampft an der
Wand des Einsatzrohres d bzw. vergast, sobald es in Berührung mit der heißen komprimierten
Luft gelangt. Innerhalb des Rohres d erfolgt eine teilweise Vorverbrennung. Die
das Rohr d umgebende und die in dem Rohr d befindliche, aus dein Zvlin zler durch
die Öffnung e eingepreßte Luft ist dann hoch komprimiert. Das Einsatzrohr bildet
einen Schutz, da es die Berührungsfläche zwischen dem Brennstoff und der Luft im
Augenblick der Einspritzung erheblich verringert und hierdurch die Verbrennung beschränkt,
ohne die Verdampfung zu stören. Im Zeitpunkt der Einspritzung strömt Luft aus dem
Zylinder ein, und dieser Umstand in @'erl>indung mit der teilweisen Brennstoffverbrennung
bewirkt ein Ausbreiten der vollständig oder teilweise verdampften Brennstoffmenge
im Rohre über den oberen Rand des Rohres hinweg in die Kammer D. Die Verbrennung
soll durch das Rohr in bestimmtem Maße beschränkt -werden. Erfolgt nun der Rückstrom
nach dem Zylinder, so findet eine gleichzeitige parallele Strömung von verdampftem
und gegebenenfalls auch .noch flüssigem Brennstoff aus dem Rohre zusammen mit der
Luft und von Luft um das Rohr herum statt, -wobei sich Leide Ströme nach der Durchtrittsöffnung
e zu bewegen und dort mischen. DieVorverbrennung im Rohr d hält den nötigen Druck
in der Kammer D während der Ausströmung aufrecht, so daß eine heftige Strömung so
lange stattfindet, bis der gesamte Brennstoff in den Zylinder gelangt ist und dort
vollständig verbrennt. Auf diese Art findet keine plötzliche Explosion oder plötzliche
Druckerhöhung in der Kammer, sondern ein allinähliches Ansteigen des Druckes statt,
-wenn die Explosion genügend vor dem Totpunkt erfolgt. Hierdurch -wird ein Strom
von Brennstoff und sich ausdehnender Luft hervorgerufen und aufrechterhalten, der
aus dein Einsatzrohr und aus der Kammer D in den Zylinder geht, und damit ist eine
allmähliche Speisung des Zylinders gesichert, wie sie für eine Verbrennung unter
gleichem Druck auf eine beträchtliche Zeitspanne erwünscht ist, auch wenn die Brennstoffpumpe
sämtlichen Brennstoff in das Einsatzrohr augenblicklich einspritzt. Erfolgt die
Einspritzung etwas verspätet, so findet keine Drucksteigerung in der Kammer D statt,
sondern das gewünschte Druckverhältnis zwischen Kammer und Zylinder wird durch die
Auswärtsbewegung des Kolbens gesichert unter Zusammenwirken mit der teilweisen Verbrennung
im Rohr d. Infolgedessen erhält man das gleich günstige Ergebnis wie bei einer früheren
Einspritzung in der Vorverbrennungskammer.
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Die Einrichtung arbeitet zufriedenstellend mit einer Brennstoffpumpe,
welche den Brennstoff zeitweise einspritzt, wobei die Regelung der Zeit für die
Pumpe nicht genau zu sein braucht, indem diesbezügliche Ungenauigkeiten durch die
Vorrichtung ausgeglichen werden. Es kann infolgedessen auch eine weniger empfindliche
und einfache Brennstoffpumpe verwendet werden.
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Die Stärke des TNIetalls am Rohr (i und die Metallfläche, durch welche
die Wärme vom Rohr abgeleitet wird und die nach dem oben angegebenen Gesichtspunkte
zu bemessen sind, ist -wichtig, um die genaue Temperatur in dem Rohr zu sichern,
damit die richtige Verdampfung und Vorv erbrennung stattfindet, letztere aber in
einem beschränkten Maße. Die Mehrzahl von Kammern mit Einsatzrohren ist für große
Maschinen ebenfalls -wichtig, und letztere können eine beliebige geeignete Anzahl
solcher richtigen Verteiitingen erhalten, daß der Brennstoff über den, Verbrennungsraum
im Zylinder gleicltniäßig verteilt wird.